(57)【要約】【課題】即応性を高めたレーザ計測方法の提供を目的とする。【解決手段】飛行体１に搭載したレーザスキャナ２から地表面をスキャンし、レーザパルス発射時の発射時刻データ（Ｔn）、ミラー回転角データ（θn）、該レーザパルスに対するリターンパルスデータ（Ｐkn）及び飛行体１の位置、姿勢情報を含む観測データを飛行体１上で取得する工程と、  地上基地局において前記観測データを解析して地上の凹凸状態を演算する工程とを含むレーザ計測方法であって、  前記観測データの一部または全部を飛行体１上でデータ圧縮して地上基地局に伝送した後地上基地局で復元し、  地上基地局による演算工程を飛行体１の飛行中に行う。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
飛行体に搭載したレーザスキャナから地表面をスキャンし、レーザパルス発射時の発射時刻データ、ミラー回転角データ、該レーザパルスに対するリターンパルスデータ及び飛行体の位置、姿勢情報を含む観測データを飛行体上で取得する工程と、
地上基地局において前記観測データを解析して地上の凹凸状態を演算する工程とを含むレーザ計測方法であって、
前記観測データの一部または全部を飛行体上でデータ圧縮して地上基地局に伝送した後地上基地局で復元し、
地上基地局による演算工程を飛行体の飛行中に行うレーザ計測方法。
【請求項２】
前記観測データに対する圧縮が、
レーザパルス発射時の発射時刻データ、ミラー回転角データ及び該レーザパルスに対するリターンパルスデータを対象として行われる請求項１記載のレーザ計測方法。
【請求項３】
前記データ圧縮が、
レーザパルス発射時の発射時刻データ、ミラー回転角データ及びリターンパルスデータを各々分離データ列として分離し、
各分離データ列において隣接するデータ間の差分を保存データとして行われる請求項２記載のレーザ計測方法。
【請求項４】
前記分離データ列が、レーザパルス発射時の発射時刻データ、またはミラー回転角データである場合、
隣接データ間の差分に代えて、該差分に対する２次差分を保存データとする請求項３記載のレーザ計測方法。
【請求項５】
前記分離データ列が、レーザパルス発射時の発射時刻データである場合、
前記データ圧縮が、
隣接データ間の差分が負数となるデータ境界をデータブロックの終点とし、保存データ列をブロック単位で復元可能なデータブロックに区画する工程を含む請求項３または４記載のレーザ計測方法。
【請求項６】
前記分離データ列が、同一発射レーザパルスに対し、地表での反射回数に対応する不定個数のリターンパルスデータを含む場合、
同一発射レーザパルスに対するリターンパルスデータ数を特定可能なヘッダ情報を各発射レーザパルスごとに付与し、受信したリターンパルスデータのみを保存データとする請求項３、４または５記載のレーザ計測方法。
【請求項７】
請求項６記載のレーザ計測方法において、
ｋ次反射リターンパルスデータの保存データとして、ｋ-１次反射リターンパルスデータとの差分を使用するレーザ計測方法。
【請求項８】
飛行体に搭載されたレーザ計測部において取得された観測データを地上基地局に設置されたデータ解析部により解析して地上の凹凸状態を演算するレーザ計測システムであって、
飛行体に搭載され、観測データのうち、レーザスキャナによる地表面へのレーザパルスのレーザパルス発射時の発射時刻データ、ミラー回転角データ及び該レーザパルスに対するリターンパルスデータを圧縮し、該圧縮データを残部の観測データとともに地上基地局に送信する送信部と、
地上基地局に設置され、前記送信部からの伝送データ中の圧縮データを復元した後、他の伝送データと結合して観測データを再生してデータ解析部に送出するデータ再生部とを有するレーザ計測システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レーザ計測方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
航空機等の飛行体からレーザビームを照射して地上の凹凸情報を取得するレーザ計測法方としては、特許文献１に記載されたものが知られている。
この従来例において、航空機上でレーザセンサにより取得したデータは、航空機に搭載したデータ記録部に格納され、計測終了後に地上のデータ処理装置により処理、解析される。
【特許文献１】特開２００３-１５６３３０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
一般に飛行体上で取得する観測データは発射パルス単位に発射時期、発射位置、発射方向、複数のリターンパルスを含みデータサイズは膨大なものになるために、地上基地局との観察データの受け渡しは飛行体の着陸を待つ必要があり、計測-着陸-データ分析の手順を踏む必要がある。この結果、データ解析には航空機の着陸をまつ必要があり、例えば災害時等のように、即応性が要求される場合での利用に限界がある。
【０００４】
本発明は、以上の欠点を解消すべくなされたものであって、即応性を高めたレーザ計測方法の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明によれば上記目的は、
飛行体１に搭載したレーザスキャナ２から地表面をスキャンし、レーザパルス発射時の発射時刻データ（Ｔn）、ミラー回転角データ（θn）、該レーザパルスに対するリターンパルスデータ（Ｐkn）及び飛行体１の位置、姿勢情報を含む観測データを飛行体１上で取得する工程と、
地上基地局において前記観測データを解析して地上の凹凸状態を演算する工程とを含むレーザ計測方法であって、
前記観測データの一部または全部を飛行体１上でデータ圧縮して地上基地局に伝送した後地上基地局で復元し、
地上基地局による演算工程を飛行体１の飛行中に行うレーザ計測方法を提供することにより達成される。
【０００６】
本発明において、航空機、ヘリコプター等の飛行体１上でのレーザ計測により取得された観測データのうち一部は飛行体１上でデータ圧縮されて地上基地局に伝送され、地上基地局において飛行体１の着陸を待たずにデータ解析が行われる。
【０００７】
この結果、飛行体１が計測中であっても、計測結果を地上で知ることができ、即応性を飛躍的に高めることができる。即応性の向上に伴って、飛行体１の飛行中に今回計測結果と前回計測結果との比較を地上基地局で行い、これに基づいて飛行体１による計測範囲、あるいは計測精度の修正等を行うことも可能であり、災害時における利用範囲が広がる。
【０００８】
観測データの圧縮、伝送に際しては、飛行体１を使用したレーザ計測は、計測領域上空に設定した直線飛行航路で計測を行い、旋回等して他の直線飛行航路に移動して再度計測を開始することが行われるために、直線飛行航路間の移動時間を余裕時間として利用することができる。
【０００９】
データ圧縮対象は、伝送能力等を考慮して適宜決定可能であるが、レーザパルス発射時の発射時刻データ（Ｔn）、ミラー回転角データ（θn）及び該レーザパルスの地物からの反射パルスを捕捉した時刻に相当するリターンパルスデータ（Ｐkn）（以下、発射時刻データ（Ｔn）、ミラー回転角データ（θn）及びリターンパルスデータ（Ｐkn）を総称して「レーザデータ」という。）を一群として扱うことができる。この場合には、相互関連の強いレーザデータを一群として同時処理できるために、例えば、ヘッダ情報（Head_n）エラーに伴うデータの結合エラー等の発生を確実に防止することができ、信頼性を向上させることが可能になる。なお、本明細書では、添え字”ｎ”はレーザパルス発射順序、”ｋ”はリターンパルスの反射次数を示す。
【００１０】
また、これらレーザデータを評定要素となる飛行体１の位置、姿勢情報とは区別されたデータ単位として圧縮、伝送すると、伝送データ単位が、地上基地局での演算単位に一致させることができるために、データ解析部５での処理を効率的にすることが可能になる。
【００１１】
レーザデータの圧縮は、種々の圧縮アルゴリズムを適用して行うことが可能であるが、
レーザパルス発射時の発射時刻データ（Ｔn）、ミラー回転角データ（θn）及びリターンパルスデータ（Ｐkn）を各々分離データ列（ＳＤ）として分離し、
各分離データ列（ＳＤ）において隣接するデータ間の差分を保存データとして行うことができる。
【００１２】
一般にデータの統一性を保証するために、レーザデータは、図３（ａ）に示すように、発射パルスを単位にブロック化されたデータ群の連続体として出力される。このため、例えば、レーザパルス発射時間データ（Ｔn）の隣にミラー回転角データ（θn）が続くというように隣接データ間の数値的関連が比較的希薄であるという特性を有し、このままデータ圧縮を行っても高い圧縮率を得ることは難しい。これに対し、上述したように、レーザパルス発射時の発射時刻データ（Ｔn）、ミラー回転角データ（θn）及びリターンパルスデータ（Ｐkn）という類似したデータを抽出分離すると、各分離データ列（ＳＤ）は、例えば、図５（ａ）に示すように、連続関数での近似可能な分布をするために、差分値は原データに比して小さくなり、この差分を保存データに使用すると、圧縮効率を高めることが可能になる。
【００１３】
さらに、分離データ列（ＳＤ）が、レーザパルス発射時の発射時刻データ（Ｔn）、またはミラー回転角データ（θn）である場合、
隣接データ間の差分に代えて、該差分に対する２次差分を保存データとすることができる。
【００１４】
また、分離データ列（ＳＤ）が、レーザパルス発射時の発射時刻データ（Ｔn）である場合、
前記データ圧縮が、
隣接データ間の差分が負数となるデータ境界をデータブロック３の終点とし、保存データ列をブロック単位で復元可能なデータブロック３に区画する工程を含むことができる。
【００１５】
さらに、前記分離データ列（ＳＤ）が、同一発射レーザパルスに対し、地表での反射回数に対応する不定個数のリターンパルスデータ（Ｐkn）を含む場合、
同一発射レーザパルスに対するリターンパルスデータ（Ｐkn）数を特定可能なヘッダ情報（Head_n）を各発射レーザパルスに付与し、受信したリターンパルスデータ（Ｐkn）のみを保存データとすることができる。
【００１６】
このようにすることにより、予想されるリターンパルスデータ（Ｐkn）数を予め想定し、リターンパルスデータ（Ｐkn）がない場合に例えば”０”で埋める場合に比して、圧縮率を向上させることが可能になる。
【００１７】
この場合、ｋ次反射リターンパルスデータ（Ｐkn）の保存データとして、ｋ-１次反射リターンパルスデータ（Ｐk-1,n）との差分を使用することができる。
加えて、レーザ計測を行うためには、
飛行体１に搭載されたレーザ計測部４において取得された観測データを地上基地局に設置されたデータ解析部５により解析して地上の凹凸状態を演算するレーザ計測システムであって、
飛行体１に搭載され、観測データのうち、レーザスキャナ２による地表面へ向けたレーザパルスのレーザパルス発射時の発射時刻データ（Ｔn）、ミラー回転角データ（θn）及び該レーザパルスに対するリターンパルスデータ（Ｐkn）を圧縮し、該圧縮データを残部の観測データとともに地上基地局に送信する送信部６と、
地上基地局に設置され、前記送信部６からの伝送データ中の圧縮データを復元した後、他の伝送データと結合して観測データを再生してデータ解析部５に送出するデータ再生部７とを有するレーザ計測システムが使用できる。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、飛行体１の着陸を待たずに地上基地局における観測データの解析を行うことができるために、即応性を高めることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
図１に航空機、ヘリコプター等の飛行体１を使用したレーザ計測の概要を示す。図中４は飛行体１に搭載されたレーザ計測部であり、レーザスキャナ２と、反射波受信センサ８と、ＧＰＳ／ＩＭＵ(Global Positioning System／Inertial Measurement Unit)とを有する。レーザスキャナ２は、図外の制御部により所定時間間隔でレーザパルスを発射するレーザ発射部２ａと、レーザパルスを所定角度に振ってスキャンビームとする回転ミラー２ｂとを備え、スキャンビームの地表からの反射パルスは、リターンパルスとして反射波受信センサ８により検出される。
【００２０】
リターンパルスは、図１（ｂ）に示すように、発射された１発のレーザパルスに対する地物による複数回（通常１ないし５回程度）の反射パルスにより構成され、反射波受信センサ８からは照射パルスに対するリターンパルス捕捉の時刻情報がリターンパルスデータ（Ｐkn）として出力される。また、上記ＧＰＳ／ＩＭＵは、上記レーザスキャナ２のレーザパルス発射タイミングに同期して、レーザパルス発射時の飛行体１のＧＰＳ位置、傾き情報等を出力する。
【００２１】
なお、レーザデータ及びＧＰＳ位置、傾き情報は、レーザ計測部４の構造により適宜無次元化された数値として出力されるものであってもよく、また、レーザパルス発射時刻、あるいはリターンパルス等の時刻情報は、例えば、計測開始からの経過時間であってもよい。
【００２２】
これらリターンパルスデータ（Ｐkn）、ＧＰＳ／ＩＭＵ情報に加えてレーザパルスの発射時刻データ（Ｔn）、その時の回転ミラー２ｂのミラー回転角データ（θn）は、観測データとして収集されて後段の送信部６から地上基地局に伝送される。後述するように、地上基地局では、ＧＰＳ／ＩＭＵ情報を評定要素として、リターンパルスデータ（Ｐkn）を中心とするレーザデータにより飛行体１と地表面との距離を演算し、地表の位置、高さを演算する。
【００２３】
図２に飛行体１に搭載されるレーザ計測部４と送信部６の詳細を示す。上述したように、レーザ計測部４は、レーザスキャナ２、反射波受信センサ８及びＧＰＳ、ＩＭＵを備え、レーザスキャナ２及び反射波受信センサ８における観測値はパルスデータ生成部９に、ＧＰＳ、ＩＭＵにおける観測値はＧＰＳ／ＩＭＵデータ生成部１０に各々出力される。
【００２４】
図３（ａ）の上段にパルスデータ生成部９での出力フォーマットを、図３（ｂ）にＧＰＳ／ＩＭＵデータ生成部１０での出力フォーマットを示す。まず、パルスデータ生成部９は、上述したように、発射パルス（レーザパルス）を単位として、当該発射パルスに対応する各出力値を所定の順序で配置したデータ列を出力する。図示の例は、各発射レーザパルスに対して最大５次までのリターンパルスデータ（Ｐkn）を取得することを想定した場合のデータフォーマットを示すもので、先頭からレーザパルスの発射時刻データ（Ｔn）、ミラー回転角データ（θn）、リターンパルスデータ（Ｐkn）の順に格納される。
【００２５】
また、上述したように、リターンパルスデータ（Ｐkn）は必ずしも５次まで取得されるとは限らないために、取得できなかった次数の格納位置には、例えば”０”が割り当てられる（図８（ａ）参照）。
【００２６】
一方、ＧＰＳ／ＩＭＵデータ生成部１０からは、図３（ｂ）に示すように、ＧＰＳ時間（ＴＡj）、ＩＭＵ時間（ＴＢj）、ｘ方向加速度（ＶＸj）、ｘ方向角度（ＡＸj）、ｙ方向加速度（ＶＹj）、ｙ方向角度（ＡＹj）、ｚ方向加速度（ＶＺj）、ｚ方向角度（ＡＺj）が出力される。これらＧＰＳ／ＩＭＵデータ生成部１０からの出力値は、添え字”j”を媒介として上記パルスデータ生成部９の出力値に関連付けられる。
【００２７】
したがって、この実施の形態において、飛行体１によるレーザ計測が開始されると、レーザ計測部４での観測データは、パルスデータ生成部９、あるいはＧＰＳ／ＩＭＵデータ生成部１０に出力されて所定のデータ列が生成され（ステップＳ１）、送信部６の圧縮部１１に出力される。
【００２８】
圧縮部１１は、データ分離部１１ａと、圧縮処理部１１ｂと、符号化処理部１１ｃとを備え、パルスデータ生成部９からの出力値は、まず、データ分離部１１ａにおいて分離データ列（ＳＤ）として分割される（ステップＳ２）。圧縮部１１における処理は、即時性の向上を配慮して、例えば、４（ＭＢｙｔｅ）程度の全体に比べて比較的小さな単位で行われ、送信される。
【００２９】
データ分離部１１ａにおいては、図３（ａ）に示すように、出力されたパルスデータをレーザパルス発射時刻データ（Ｔn）、ミラー回転角データ（θn）及びリターンパルスデータ（Ｐkn）の３種のデータ列に分割し、各々の分離データ列ＳＤ（Ｔ）、ＳＤ（θ）、ＳＤ（Ｐ）を圧縮処理部１１ｂに出力する。図３（ａ）に示すように、レーザパルス発射時刻データ（Ｔn）とミラー回転角データ（θn）による分離データ列ＳＤ（Ｔ）、ＳＤ（θ）は、パルス発射順に並べられ、リターンパルスデータ（Ｐkn）は、反射次数順に並べられた５個を１組とするデータ群をパルス発射順に並べたフォーマットを有し、リターンパルスデータ（Ｐkn）の分離データ列ＳＤ（Ｐ）には、必要に応じ、データ群の境界にデータ終端マークが挿入される。
【００３０】
圧縮処理部１１ｂにおいては、分離データ列（ＳＤ）の特徴を利用して各々異なったアルゴリズムでデータ圧縮する（ステップＳ３）。図４にレーザパルス発射時刻データ（Ｔn）の圧縮方法を示す。図５（ａ）に示すように、レーザパルス発射時刻データ（Ｔn）は、横軸にレーザパルス発射順序、縦軸に発射時刻を取ると、周期的に繰り返す右上がりの直線上に分布する傾向があるために、これを利用し、隣接する発射時刻データ（Ｔn）間の差分（Ｔn+1）-（Ｔn）に対する２次差分を保持データとすることによって可逆的な電送データ量の減少（圧縮）を図る。
【００３１】
圧縮に際し、まず、圧縮データ格納用のエリアをメモリ上に設定し、先頭にＳＯＢ（Start Of Block）マークを挿入する（ステップＳＴ１）。ＳＯＢは予め定められた所定のビット長を有しており、以下のデータエリアで出現することのないコードに設定される。この後、上記ＳＯＢマークの後にレーザパルスの発射時刻（Ｔ1）を挿入する。なお、以下の説明で、第ｎ発目のレーザパルスの発射時刻を（Ｔn）、１次差分（Ｔn+1）-（Ｔn）をΔ1,n、２次差分（Δ1,n+1）-（Δ1,n）をΔ2,nと表記する。
【００３２】
次いで、ステップＳＴ２でΔ1,n を演算し、その正負を判定する（ステップＳＴ３）。上述したように、発射時刻データ（Ｔn）は、周期的に繰り返す右上がりの直線上に分布する傾向があるために、上記演算値が正のときには、Ｔn+1とＴnとは右上がりの関係にあり、同一の右上がりの直線上に回帰できる。これに対し、上記演算値が負のときには、帰属直線の乗り換えがあったものと考えられ、この場合、ｎ値を増加させた後、ＳＯＢマークを挿入し、同様の手順を繰り返す。この結果、ＳＯＢマークは評価対象のＴ値が直前のＴ値が帰属する直線からはずれて新たな回帰直線に移動したことを示すこととなり、データブロック３のデリミタとしての意味をもつことになる。
【００３３】
上記ステップＳＴ３での演算結果が正の時には、Ｔ1の後に１次差分、すなわち、Δ1,1を挿入し（ステップＳＴ４）、さらに、ステップＳＴ５でΔ1,2を演算し、この正負を判定する（ステップＳＴ６）。ステップＳＴ６の結果が負である場合には、上述したように、回帰直線の乗り移りと考えられるために、ＳＯＢマークを挿入し、同様の処理を繰り返す。
【００３４】
これに対し、ステップＳＴ６が正である場合には、２次差分Δ2,1を求め（ステップＳＴ７）、上記Δ1,1の後に挿入した（ステップＳＴ８）後、ｎ値を増加させ（ステップＳＴ９）、さらに、圧縮データが残っている場合には（ステップＳＴ１０）、同様の手順を繰り返す。
【００３５】
この結果、レーザパルス発射時刻に対する分離データ列（ＳＤ）は、図５（ｂ）に示すように、ＳＯＢマークに仕切られた複数のデータブロック３の集合として得られる。各データブロック３には、最初に初期値として時刻データ（Ｔn）が所定のデータ長（図示の例では４バイト長）でそのまま配置され、この後、１次差分値（Δ1,n）が続き、さらに、２次差分値（Δ2,n）が連続する。
【００３６】
なお、以上においては、２次差分を保存値とする場合を示したが、２次差分を使用することなく、ＳＯＢマーク、Δ1,n、Δ1,n+1、・・、ＳＯＢマークというデータ構造とすることも可能である。
【００３７】
次に、ミラー回転角データ（θn）に対する圧縮操作を説明する。ミラー回転角データ（θn）は、横軸にレーザパルス発射順序をとった、レーザパルス発射順序-ミラー回転角線図は正弦曲線に近似可能であり、連続性に着目して、２次差分を保存値とする。また、回帰線図が上述したレーザパルス発射時刻と異なり、全領域に不連続点が存在しない。このため、跳躍点での差分値保存によってデータ長が過度に大きくなる心配がないので、データブロック３を考える必要がなく、単に２次差分値を連ねるだけで足りる。また、各圧縮値から元データを算出可能とするために、圧縮データの最初には、元データが、次に１次差分値が挿入され、これに続いて２次差分値が記述される。
【００３８】
図６（ａ）は、圧縮例を示すもので、左が元データと演算経過、右に保存データ（圧縮データ）を示す。元データは縦に並べて示されており、”行”コラムがレーザパルスの発射順序に対応し、例示のミラー回転角データ（θn）は、１発目が１００で、この後、２００、３０１、４００・・・と続くことを示している。
【００３９】
このような元データがある場合、まず、先頭の元データ（１００）を保存データ1として抽出する（ステップＳθ１）。この後、ステップＳθ２で第２元データ（２００）と先頭元データとの差分（１次差分）を演算（１００）し、これを保存データ2として保存データ1の後続データとして登録する。次いで、第３元データ（３０１）と第２元データ（２００）との１次差分（１０１）と、上記ステップＳθ２で求めた１次差分（１００）の２次差分（１）を保存データ3として保存データ2に続けて登録する（ステップＳθ３）。以後、ステップＳθ３と同様の手順を繰り返し、２次差分を順次登録して処理を完了する。
【００４０】
図６（ｂ）に、以上の手順により得られる圧縮データの２次差分収納分のデータフォーマットを示す。上述したように、この前に、第１元データ、１次差分データが存在するが、これは図示を省略する。図に示すように、２次差分は、小さな値であるために、６ビット程度で表現可能であり、これに２種類の状態判定ビットを付加した８ビット（１バイト）長で格納される。
【００４１】
上記状態判定ビットは各々１ビット長をもつ正負判定ビットとエラー判定ビットであり、正負判定ビットは、２次差分の正負により決定される。また、エラー判定ビットは、６ビット長で記述不可能な場合をエラー値として格納したことを示す。この実施の形態において、エラービットがたっている状態においては、２次差分は２バイト長拡張された領域に格納される。
【００４２】
図７、８に、リターンパルスデータ（Ｐkn）の圧縮手順を示す。図７の最上段に、図３（ａ）で示した分離データ列ＳＤ（Ｐ）を再掲する。図８（ａ）に示すように、分離データ列ＳＤ（Ｐ）には、１発のレーザパルスに対して５個のリターンパルスデータ（Ｐ1n、Ｐ2n・・・Ｐ5n）の領域が確保され、リターンパルスデータ（Ｐkn）のない部分には”０”が格納されている。図１（ｂ）に示すように、リターンパルスは、森林等における樹木での葉の間から漏れたレーザパルスが、さらに地表側に位置する他の反射物に反射して得られるもので、全ての領域が埋まることは比較的少なく、さらに、”０”等の小さな値で”値なし”を示した場合であっても、他のリターンパルスデータ（Ｐkn）を格納するに要する所定のビット長の領域を必要とする。
【００４３】
このような、データ構造に伴うデータの冗長性を解消するために、まず、データ構造を変更する（ステップＳＰ１）。ステップＳＰ１の実施に際して、ｎ発目のレーザパルスに対するリターンパルスデータ群（Ｐ1n、Ｐ2n・・・Ｐ5n）を格納する領域中でのデータ充填を表示するヘッダ情報（Head_n）を導入し、”値なし”データを削除する。この実施の形態において、ヘッダ情報（Head_n）には１バイトの領域が与えられ、下位５ビットで最終次数を示す。例えば、１次リターンパルスデータ（Ｐ1n）のみが存在し、２次以降が”値なし”である場合には、ヘッダ情報（Head_n）は、”０００００００１”で与えられ、３次リターンパルスデータ（Ｐ3n）までが存在するときには、”０００００１００”、全て埋まっている場合には、”０００１００００”で与えられる。
【００４４】
この結果、データ列は、ヘッダ情報（Head_n）と、実データとにより記述されることとなり、次いで、ステップＳＰ２において、データ間の差分をとって保存データとする。
【００４５】
ステップＳＰ２は、図７の最下段に示すように、Ｑ計算と、Ｒ計算とを行いながら保存データを決定していき、圧縮データ列は、パルス番号”ｎ”に対するヘッダ情報（Head_n）、Ｑ値（Ｑ1n）、Ｒ値（Ｒkn）の順に格納される。Ｒ値（Ｒkn）の添え字”ｋ”は、リターン次数を示す。後述するように、１次のリターンパルスデータ（Ｐ1n）に対しては、直前の１次リターンパルスデータ（Ｐ1,n-1）との差分を保存データとするために、”ｋ”は２以上、５以下の整数となる。
【００４６】
Ｑ計算及びＲ計算を図８に示す例で説明する。図８（ａ）は元データを示す図で、レーザパルス番号”１”に対して１次リターンパルスのみが得られ、その値は”１００”であることが示されている。また、レーザパルス番号”７”に対しては５次までのリターンパルスが捕捉され、その値は、１次側から、”７００，８００，８１０，８２０，８５０”であることが分かる。
【００４７】
まず、初期情報として、レーザパルス番号”１”のリターンパルスは１次のみが取得されているために、ヘッダ情報（Head_n）に”０００００００１”を格納した後、１次リターンパルスデータ（Ｐ11）＝”１００”をそのまま格納する。説明を容易にするために、保存データはｋ行ｎ列の配列Ｃｍｐ、元データはｋ行ｎ列の配列Ｏｒｇとして示されており、先頭データ（１００）が保存データとして格納されたことは、Ｃｍｐ（１，１）にＯｒｇ（１，１）が代入されていることで知ることができる。
【００４８】
この後、ヘッダ情報（Head_１）は１次パルスデータのみを格納していることを示しているために、２次リターンパルスを検索することなく１発目のレーザパルスに対する処理が終了し、次に２発目（ｎ＝２）のレーザパルスの処理に移行する
ｎ＝２以降では、まず、Ｑ計算をおこなう。Ｑ計算は、隣接するレーザパルスに対する１次リターンパルス間の差分を求める演算であり、
Ｑ値（Ｑ1,n）＝（Ｐ1,n）-（Ｐ1,n-1）
で与えられる。
【００４９】
この例では、ｎ＝２であるから、
Ｑ12＝Ｐ1,2-Ｐ1,1
＝Ｏｒｇ（１，２）-Ｏｒｇ（１，１）
＝２００-１００＝１００
で与えられ、これがＣｍｐ（１，２）に代入される。
【００５０】
Ｑ計算が終了すると、同一のｎ値でＲ計算を行う。Ｒ計算は、Ｏｒｇ配列の同一行での隣接値間の差分を取る演算で、
Ｒ値（Ｒkn）＝（Ｐk,n）-（Ｐk-1,n）
で与えられ、この例では、
Ｒ22＝Ｐ2,2-P1,2
＝Ｏｒｇ（２，２）-Ｏｒｇ（１，２）
＝３００-２００＝１００
がＣｍｐ（２，２）に代入される。
【００５１】
Ｒ計算は、同一レーザパルス番号のリターンパルスデータ（Ｐkn）が終了するまで続けられ、この後、上述した手順、すなわち、ヘッダ情報（Head_n）の付与、１回のＱ計算、適数回のＲ計算が繰り返される。
【００５２】
このようにして得られたＣｍｐ配列は、１次元配列（ビット列）に並べられ圧縮対象のデータ列にされる。
以上のようにして各々の分離データ列（ＳＤ）に対する圧縮処理が終了すると、結合処理がなされて１ファイルにまとめられ、次いで、図２に示すように、符号化処理部１１ｃにおける符号化を行う（ステップＳ４）。符号化処理にはエントロピー符号化等が利用できる。
【００５３】
符号化処理が終了すると、まず、データ伝送中での地上基地局での解析を可能にするためにストリーミング部１２におけるストリーミングが行われ（ステップＳ５）、次いで、伝送データ変換処理部１３において搬送波の整形が行われ（ステップＳ６）、出力部１４から伝送される（ステップＳ７）。
【００５４】
なお、以上の実施の形態においては、パルスデータのみが圧縮処理されてＧＰＳ／ＩＭＵデータについては計測航路への旋回、移動の期間を使用してＧＰＳ／ＩＭＵデータを直接伝送するように構成した場合を示したが、ＧＰＳ／ＩＭＵデータに対する圧縮処理を行って伝送することも可能である。
【００５５】
また、上記送信部６及びパルスデータ生成部９、ＧＰＳ／ＩＭＵデータ生成部１０は、コンピュータに当該機能を発揮させるコンピュータプログラムを使用して達成可能である。
【００５６】
飛行体１からの伝送情報を受領する地上基地局のブロック図を図９に示す。地上基地局は受信処理部１５と復元処理部１６とからなるデータ再生部７を有する。受信処理部１５の受信部１５ａで上記飛行体１からの圧縮データを受信すると、受信しながら後段のデータ解析を行うことができるように、ストリーミング処理部１５ｂにおいてストリーミング処理を行い（ステップＳＧ１）、復元処理部１６の復号部１６ａに出力する（ステップＳＧ２）。図１０に示すように、復号部１６ａでは、上記圧縮データファイルの符号化と結合化を解除して符号化前の状態に戻し、さらに、復元部１６ｂで復元処理を行う（ステップＳＧ３）。復元処理により、図１０の中段に示すように、発射時刻データ（Ｔn）、ミラー回転角データ（θn）及びリターンパルスデータ（Ｐk,n）は各々分離データ列（ＳＤ）の状態となり、これをデータ結合部１６ｃにおいてデータ結合すると（ステップＳＧ４）、図１０の最下段に示すように、パルスデータ生成部９からの出力が再現される。
【００５７】
この結合データは、データ解析部５において解析されてリターンパルス群による計測結果が演算される。解析に際して、観測データは一旦パルスデータ、ＧＰＳ／ＩＭＵデータ格納部５ａに格納され（ステップＳＧ５）、実距離化、座標化処理部５ｂで実位置等が演算される（ステップＳＧ６）。実距離化、座標化処理部５ｂは、飛行体１の光学系の特性に基づく内部評定要素、およびＧＰＳ／ＩＭＵデータに基づく外部評定要素を利用してリターンパルスの反射部の所定投影空間上での位置、高さを演算する。なお、一般にＧＰＳ／ＩＭＵからのデータ数は、レーザパルス発射数に比して少数であり、一対一対応しないために、上述したように、添え字”ｊ”に対応するレーザデータ以外のレーザデータに対する外部評定要素には、取得されたＧＰＳ／ＩＭＵデータに対する補間値が使用される。
【００５８】
このようにして得られた各ポイントデータは３次元情報を有しているために、これを使用して地表面を点描状に表示することも可能であり、これらの用に供するために、ポイントデータはポイントデータ格納部１７に格納される（ステップＳＧ７）。
【００５９】
さらにこの実施の形態において、地上基地局には、３Ｄ処理部１８が設けられる。３Ｄ処理部１８は、上記ポイントデータ群をもとに、例えば、３次元ポリゴン、テクスチャ等を備えた３Ｄ画像を形成するための３Ｄデータ生成部１８ａを備える。この３Ｄデータ生成部１８ａでの生成データは生成３Ｄデータ１８ｂに格納され、所望により３Ｄデータ表示部１８ｃで表示される。
【００６０】
また、地上基地局には、即応性を利用して例えば地殻変動、災害等の情報を直ちに得ることができるように、比較部１９を備える。比較部１９は、既存３Ｄデータ１９ａと、差分データ生成部１９ｂと、上記３Ｄデータ表示部１８ｃとを有して構成される。３Ｄデータ生成部１８ａからの出力は、差分データ生成部１９ｂにおいて既存３Ｄデータ１９ａとの比較が行われ、画像上の相違点を検出する。検出結果は、上記３Ｄデータ表示部１８ｃに表示し、必要に応じて上空の飛行体１に再計測、あるいは計測範囲の拡大等を指示することができる。
【００６１】
なお、以上において、データ再生部、データ解析部、３Ｄ処理部及び比較部は、当該機能を発揮させるようにコンピュータを動作させるコンピュータプログラムによっても達成可能である。
【図面の簡単な説明】
【００６２】
【図１】本発明を示す図で、（ａ）はレーザ計測を示す説明図、（ｂ）はリターンパルスを示す説明図である。
【図２】レーザ計測システムの飛行体搭載部を示すブロック図である。
【図３】データ生成部でのデータフォーマットを示す図で、（ａ）はパルスデータ生成部からの出力と、データ分離部の動作を示す図、（ｂ）はＧＰＳ／ＩＭＵデータ生成部からの出力を示す図である。
【図４】発射時刻データの圧縮手順を示すフローチャートである。
【図５】発射時刻データを示す図で、（ａ）は発射順序-発射時刻線図、（ｂ）は圧縮フォーマットを示す図である。
【図６】ミラー回転角データの圧縮手順を示す図で、（ａ）は実例、（ｂ）は圧縮フォーマットを示す図である。
【図７】リターンパルスデータの圧縮手順を示す図である。
【図８】リターンパルスデータの圧縮手順を示す実例である。
【図９】レーザ計測システムの地上基準局側の構成を示すブロック図である。
【図１０】圧縮データの復元手順を示す説明図である。
【符号の説明】
【００６３】
１        飛行体
２        レーザスキャナ
３        データブロック
４        レーザ計測部
５        データ解析部
６        送信部
７        データ再生部
Head_n                ヘッダ情報
ＳＤ  分離データ列
Ｔn   発射時刻データ
θn   ミラー回転角データ
Ｐk,n リターンパルスデータ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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